对隧道爆破振动响应的研究
隧道爆破振动控制方法研究
隧道爆破振动控制方法研究摘要：隧道结构在爆炸振动作用下的结构能量响应非常复杂,不仅受爆炸地震波本身的特性影响,而且受结构本身固有特性的影响。
因此,单因素振动速度被广泛用作安全标准。
但是,随着爆炸工程中大量振动灾难的出现,研究人员开始意识到使用统一振动速度作为振动安全标准的标准有很大的局限性。
在爆炸振动作用下,结构的破坏主要有两种类型:一是结构内部爆炸地震波的能量大于结构本身能承受的能量,导致结构的破坏,即首次超过破坏;另一种选择是,在多次爆炸和长时间爆炸的情况下,结构的损伤将不断累积,当损伤累积到一定程度时,结构的损伤即累积损伤。
在爆炸机械领域,结构的破坏是爆炸本身振动特性和结构本身动态响应的综合结果。
因此,找到两种破坏形式的测量标准,并将两者同时应用于爆炸振动的安全标准将更加科学和全面。
关键词：隧道爆破；振动控制；方法研究引言随着国民经济和城市基础设施建设的快速发展，隧道在加快构建城市快速交通体系中发挥着越来越重要的作用。
隧道钻爆法施工作业产生的爆破振动效应，对隧道破碎围岩、初支、二次衬砌的安全构成了严重威胁。
因此，开展隧道爆破振动波的传播规律研究，对于确保洞内围岩稳定和支护结构安全具有重要的意义。
目前，针对地面的隧道爆破振动特性研究较多，大多采用萨道夫斯基公式对爆破现场监测数据进行拟合，然后根据拟合公式对爆破振动进行预测和安全控制；还有部分研究集中在隧道后方地表的“空洞效应”上，即隧道已开挖洞室的上方地表振动存在放大效应；或者考虑了地形地貌的变化引起的振动的变化，分析验证凹形地貌对爆破振动波具有衰减效应，凸形地貌对爆破振动波具有放大效应。
但是针对隧道爆破掌子面后方的传播规律还较少，得出了爆破近区后方的爆破振动预测公式，补充了萨道夫斯基公式对近区预测的不足。
联络通道是左右线隧道的联系隧道，主洞爆破时极易对掌子面后方联络通道围岩和衬砌造成扰动甚至引起掉块、塌方，联络通道围岩及衬砌的稳定对于确保主洞人员及车辆运输安全具有重要意义。
立体交叉铁路隧道爆破振动效应的研究
ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣８３５２.２０２３.０６.００７立体交叉铁路隧道爆破振动效应的研究❋高军伟①㊀赵㊀岩②③㊀王㊀奔①①中铁隧道集团三处有限公司(重庆ꎬ４０１１２１)②河北建筑工程学院土木工程学院(河北张家口ꎬ０７５０００)③河北省土木工程诊断㊁改造与抗灾重点实验室(河北张家口ꎬ０７５０００)[摘㊀要]㊀依托京张高铁某交叉隧道工程ꎬ研究既有隧道二次衬砌在下部隧道爆破载荷作用下的动力响应特征ꎮ基于萨道夫斯基公式ꎬ以隧道交叉断面为界ꎬ研究交叉点分别位于掌子面前方及后方时对应的爆破振动峰值速度及振动主频率的衰减规律ꎮ为了弥补现有爆破安全规程中分段考虑频率影响方法的不足ꎬ通过回归分析的方式得到爆破振动峰值速度与主频率之间的数学关系ꎬ定量考虑爆破振动频率对爆破振动响应特征的影响ꎮ计算结果表明ꎬ综合考虑爆破振动频率与既有隧道自振频率的影响ꎬ优化计算得到的爆破振动峰值速度ｖＰＰＳ小于实测振动数据ｖＰＰꎮ针对本交叉隧道爆破工程ꎬ下部隧道爆破施工对既有隧道的振动影响在可控范围内ꎮ[关键词]㊀交叉隧道ꎻ爆破振动响应ꎻ量纲分析ꎻ安全控制ꎻ爆破振动频率[分类号]㊀ＴＤ２３５ꎻＯ３８３ＶｉｂｒａｔｉｏｎＬａｗｉｎｔｈｅＢｌａｓｔｉｎｇｏｆＲａｉｌｗａｙＴｕｎｎｅｌｓｗｉｔｈＩｎｔｅｒｃｈａｎｇｅＧＡＯＪｕｎｗｅｉ①ꎬＺＨＡＯＹａｎ②③ꎬＷＡＮＧＢｅｎ①①ＳａｎｃｈｕＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＴｕｎｎｅｌＧｒｏｕｐ(Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇꎬ４０１１２１)②ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ(ＨｅｂｅｉＺｈａｎｇｊｉａｋｏｕꎬ０７５０００)③ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｉａｇｎｏｓｉｓꎬＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＤｉｓａｓｔｅｒＲｅｓｉｓｔａｎｃｅꎬＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅ(ＨｅｂｅｉＺｈａｎｇｊｉａｋｏｕꎬ０７５０００)[ＡＢＳＴＲＡＣＴ]㊀ＢａｓｅｄｏｎａｂｌａｓｔｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔｏｆｃｒｏｓｓｅｄｔｕｎｎｅｌｓｏｆＢｅｉｊｉｎｇ￣ＺｈａｎｇｊｉａｋｏｕＨｉｇｈ￣ＳｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙꎬｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｌｉｎｉｎｇｏｆａｎｅｘｉｓｔｉｎｇｔｕｎｎｅｌｔｏｔｈｅｂｌａｓｔｉｎｇｌｏａｄｓｆｒｏｍｔｈｅｌｏｗｅｒｔｕｎｎｅｌｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ.ＢａｓｅｄｏｎＳａｄｏｗｓｋｉ ｓｆｏｒｍｕｌａꎬｔｈｅａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｌａｗｓｏｆｔｈｅｐｅａｋｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｍａｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔｓｌｏｃａｔｅｄｉｎｆｒｏｎｔｏｆａｎｄｂｅｈｉｎｄｔｈｅｔｕｎｎｅｌｆａｃｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｕｎｎｅｌｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎａｓｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｆｏｒｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｓｅｇｍｅｎｔｅｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｉｎｅｘｉｓｔｉｎｇｂｌａｓｔｉｎｇｓａｆｅｔｙｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓꎬｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｅａｋｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｍａｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓꎬａｎｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｎｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｌａｓ￣ｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｗａｓｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｄ.ＴｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔꎬｔａｋｉｎｇｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｅｘｉｓｔｉｎｇｔｕｎｎｅｌｎａｔｕｒａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙꎬｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｖＰＰＳｉｓｓｍａｌｌｅｒｔｈａｎｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｄａｔａｖＰＰꎮＩｎｔｈｉｓｂｌａｓｔｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔｏｆｃｒｏｓｓｅｄｔｕｎｎｅｌｓꎬｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｌｏｗｅｒｔｕｎｎｅｌｂｌａｓｔｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｔｕｎｎｅｌｉｓｗｉｔｈｉｎａｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｒａｎｇｅ.[ＫＥＹＷＯＲＤＳ]㊀ｃｒｏｓｓｅｄｔｕｎｎｅｌｓꎻｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｓｅꎻｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓꎻｓａｆｅｔｙｃｏｎｔｒｏｌꎻｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ０㊀引言㊀㊀随着国民经济的飞速发展ꎬ地下岩土工程的建设规模日趋扩大ꎮ作为岩土基建中的常用施工模式ꎬ隧道工程被广泛应用于公路㊁铁路及市政工程中[１]ꎮ爆破施工具有经济效益好㊁操作简单及施工进度快等优点ꎬ已经成为山岭隧道的主要掘进方第５２卷㊀第６期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.５２㊀Ｎｏ.６㊀２０２３年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｄｅｃ.２０２３❋收稿日期:２０２３￣０１￣２８基金项目:国家自然科学基金(５１８７８２４２)ꎻ河北省创新能力提升计划项目(２１５６７６１４Ｈ)第一作者:高军伟(１９８４－)ꎬ男ꎬ工程师ꎬ研究方向为桥梁与隧道工程ꎮＥ￣ｍａｉｌ:７６２６９６６７１＠ｑｑ.ｃｏｍ通信作者:赵岩(１９９１－)ꎬ男ꎬ博士ꎬ研究方向为隧道爆破振动ꎮＥ￣ｍａｉｌ:３０４９６５６２４＠ｑｑ.ｃｏｍ式[２]ꎮ然而ꎬ爆破施工带来的负面环境影响却不可忽视ꎮ爆炸瞬间释放的化学能除用来破碎岩石外ꎬ部分能量以波动的形式向外传播ꎮ若爆破能量诱发的结构振动超过了既有岩土工程的承受极限ꎬ则有可能会引起既有结构的屈服破坏ꎮ国内外学者针对爆破引起的振动效应已经进行了大量的相关研究ꎮ单仁亮等[３]通过最小二乘法拟合及小波包分析对山岭隧道爆破信号进行分析ꎬ研究表明ꎬ隧道爆破信号频率成分较为丰富ꎬ随着爆心距的增加ꎬ信号主频范围逐渐向低频率带转移ꎮＨｕｏ等[４]利用非金属声波仪(ＲＳＭ￣ＳＹ５)对地下巷道爆破引起的围岩损伤进行了系统研究ꎬ并通过优化装药结构形式对围岩爆破损伤进行了有效控制ꎮＹｕ等[５]利用现场实验及数值分析的方法研究了含节理岩体在瞬时爆炸载荷作用下的振动衰减规律ꎬ分类讨论了节理角度㊁节理空间及节理刚度对爆破振动衰减系数的影响ꎮ对于爆破振动控制而言ꎬ爆破振动频率也应是重点关注的物理量[６]ꎮ为此ꎬ各国的爆破振动控制规范也将频率的影响纳入考虑范围之内ꎮＺｈｏｎｇ等[７]基于小波包分析理论ꎬ讨论了装药量㊁爆心距及起爆雷管段位对爆破信号主频段的影响ꎮＺｈａｏ等[８]通过改进的Ｈｉｌｂｅｒｔ￣Ｈｕａｎｇ变换ꎬ从能量的角度剖析了爆破振动瞬时能量的分布规律ꎻ研究结果发现:随着应力波传播距离的增大ꎬ高频能量的衰减速度远大于低频能量ꎬ而低频振动能量可能诱发既有结构物产生共振现象ꎬ危害结构物的使用安全ꎮ中国生等[９]通过小波包分析的方法考虑不同频带的振动能量对既有建筑的影响ꎬ基于结构动力学的理论优化了爆破振动控制标准ꎮ李洪涛[１０]基于傅里叶变换的方法探讨了爆破振动能量的频域分布及建筑物动力响应特性ꎬ提出了等效峰值能量的控制理论ꎮ张立国等[１１]以萨道夫斯基公式为基础ꎬ利用量纲分析的方法ꎬ推导得到了爆破振动主频率的预测公式ꎬ并通过实测数据加以验证ꎮ然而ꎬ无论是控制规范抑或相关的研究ꎬ均是利用分段考虑的方法定义不同频带对应的爆破振动速度的控制阈值ꎮ虽然这种方法操作简便ꎬ但缺乏一定的科学性ꎬ并未将频率的影响定量化地体现出来ꎮ综上ꎬ依托京张高铁草帽山交叉隧道工程ꎬ利用回归分析的方法分别研究爆破振动作用下交叉隧道振动速度及振动频率的分布特征ꎻ并辅以量纲分析的方式ꎬ理论推导形成一套可以定量考虑频率影响的爆破振动控制体系ꎮ以期为类似交叉隧道爆破振动控制施工提供一定的理论建议和参考ꎮ１㊀工程背景及监测方案１.１㊀工程概况京张高铁草帽山交叉隧道采用单洞双线形式ꎬ全长７３４０ｍꎬ设计时速３５０ｋｍꎮ新建高铁隧道(新建隧道)于ＤＫ１７３＋８６２~ＤＫ１７４＋０５７段下穿既有重载铁路隧道(既有隧道)ꎬ交接里程为ＤＫ１７３＋９６５ꎬ平面交角７６ʎ２２ᶄꎮ交叉断面对应的既有隧道实际里程为ＩＤＫ２５＋６２０ꎮ新建隧道拱顶距既有隧道最小净距约为１６ｍꎮ隧道交叉段围岩等级为ＩＶꎬ中夹岩层多为中~强风化凝灰岩[１２￣１３]ꎮ交叉隧道平面位置布置如图１(ａ)所示ꎻ竖直方向位置布置如图１(ｂ)所示ꎮ㊀㊀(ａ)平面位置㊀㊀(ｂ)竖直方向(单位:ｍ)图１㊀交叉隧道的位置关系Ｆｉｇ.１㊀Ｌｏｃａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓｅｄｔｕｎｎｅｌｓ(Ｕｎｉｔ:ｍ)㊀㊀根据隧道围岩等级及地质条件ꎬ新建隧道设计采用台阶法掘进ꎬ控制循环进尺根据具体施工条件动态调整ꎮ爆破施工采用２＃岩石乳化炸药ꎬ炮孔直径为４２ｍｍꎬ药卷直径为３２ｍｍꎮ隧道爆破采用不耦合间隔装药ꎬ非电导爆管雷管起爆ꎬ填塞长度不小于０.３ｍꎮ炮孔深度根据循环进尺确定ꎬ取值范围为２.０~３.０ｍꎮ受岩石的夹制作用影响ꎬ隧道上台阶爆破所用药量较多ꎬ引起的爆破振动较大ꎮ隧道上部台阶爆破炮孔布置见图２ꎬ具体装药量及爆破施工参数见表１ꎮ０４ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷第６期㊀图２㊀新建隧道上部台阶炮孔布置图(单位:ｃｍ)Ｆｉｇ.２㊀Ｌａｙｏｕｔｏｆｕｐｐｅｒｂｅｎｃｈｂｌａｓｔｈｏｌｅｓｏｆｔｈｅｎｅｗｔｕｎｎｅｌ(Ｕｎｉｔ:ｃｍ)表１㊀隧道爆破具体装药量Ｔａｂ.１㊀Ｃｈａｒｇｉｎｇａｍｏｕｎｔｉｎｔｕｎｎｅｌｂｌａｓｔｉｎｇ炮孔类型雷管段位炮孔个数单个炮孔装药量/ｋｇ单段装药量/ｋｇ掏槽孔ＭＳ１１６２.１３３.６辅助孔ＭＳ３１２１.５１８.０辅助孔ＭＳ５８１.２９.６辅助孔ＭＳ７１１１.２１３.２辅助孔ＭＳ９２１１.２２５.２辅助孔ＭＳ１１１１１.２１３.２周边孔ＭＳ１３２５０.６１５.０底板孔ＭＳ１５４１.２４.８共计１０８１３２.６１.２㊀监测方案使用成都中科测控公司研发的网络版ＴＣ￣４８５０Ｎ爆破测振仪ꎮ采样频率为１~５０ｋＨｚꎬ可以保存０~３５ｃｍ/ｓ的爆破振动数据ꎬ记录长度在１~１６０ｓ范围内可自动调整ꎬ记录精度为０.０１ｃｍ/ｓꎬ满足监测精度要求ꎮ每个爆破测振仪均配套一组ＴＣＳ￣Ｂ３三轴向振动速度传感器ꎬ可以同时采集ｘ㊁ｙ㊁ｚ３个相互垂直方向的爆破振动速度及振动主频率ꎮ此外ꎬ测振仪内置４Ｇ和ＷｉＦｉ模块ꎬ网络正常连接的状态下ꎬ可以瞬间将系统采集到的数据上传至云平台ꎮ监测人员可在服务器内实时下载和查看现场监测数据ꎮ㊀㊀新建隧道未进入交叉区域时ꎬ利用既有铁路隧道运营天窗时间ꎬ布置监测仪器ꎬ组建自动化振动监测系统ꎮ根据ＴＢ１０３１３ ２０１９«铁路工程爆破振动安全技术规程»ꎬ爆破振动测点布置于既有隧道二次衬砌迎爆侧边墙侧壁表面ꎮ共对称布置５个测点ꎬ具体布置如图３所示ꎮ㊀㊀根据ＴＢ１０３１３ ２０１９«铁路工程爆破振动安全技术规程»ꎬ铁路隧道爆破振动速度安全允许范围为５~８ｃｍ/ｓꎬ保守起见ꎬ考虑到运营中的重载列车㊀图３㊀爆破振动测点布置(单位:ｍ)Ｆｉｇ.３㊀Ｌａｙｏｕｔｏｆｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓｆｏｒｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ(Ｕｎｉｔ:ｍ)载荷对交叉隧道的不利影响ꎬ初步确定振动速度控制标准为５ｃｍ/ｓꎮ从安全角度出发ꎬ在控制标准的基础上乘以一个安全系数０.８作为报警值ꎬ在控制标准的基础上乘以０.６作为预警值ꎮ故针对本隧道工程ꎬ爆破振动速度控制的报警值及预警值分别为４ｃｍ/ｓ和３ｃｍ/ｓꎮ２㊀爆破振动响应研究２.１㊀爆破振动速度分析２.１.１㊀实测数据分析测点３＃位于既有隧道交叉点的位置ꎬ对应的爆心距最小ꎬ爆破振动响应最大ꎮ因此ꎬ以测点３＃对应的爆破振动实测数据为例展开分析ꎮ对于只含有一种波动形式的爆破振动波ꎬ引起结构体的极限应力大小与传播振动速度存在某种正比例关系ꎮ根据岩石动力学可知ꎬ爆破振动波是多个不同频率的振动形式叠加的结果ꎮ随着爆破振动波的传播ꎬ必然存在振动加强区及振动衰减区ꎬ处于振动加强区的结构体更容易达到极限应力状态ꎬ发生破坏ꎮ而在实际爆破施工过程中ꎬ爆破振动波的传播方向千变万化ꎬ振动加强区及振动衰减区难以清晰界定ꎮ因此ꎬ将某一特定方向的振动峰值速度作为衡量结构体是否发生破坏的唯一标准不是很恰当ꎮ相关爆破安全规程[１４]将爆破振动响应最大的方向作为研究对象ꎬ但在实际工程中ꎬ每个方向的爆破振动能量的传递均会对周边构筑物的运营安全产生影响ꎮ因此ꎬ需要综合考虑３个垂直方向的爆破振动速度ꎬ即爆破振动合速度对实际工程的影响ꎮｖＰＰ＝ｖ２ｘ＋ｖ２ｙ＋ｖ２ｚꎮ(１)式中:ｖｘ㊁ｖｙ及ｖｚ分别表示３个垂直方向的爆破振动１４ ２０２３年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀立体交叉铁路隧道爆破振动效应的研究㊀高军伟ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀峰值速度ꎻｖＰＰ则表示矢量合成的质点的振动峰值速度ꎮ图４为典型爆破振动合速度时程曲线ꎮ㊀㊀图４㊀典型爆破振动合速度时程曲线Ｆｉｇ.４㊀Ｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｒｅｓｕｌｔａｎｔｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｙｐｉｃａｌｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ㊀㊀图４中ꎬ可以清晰地辨别出多个波峰ꎮ其中ꎬＭＳ１对应的振动峰值速度最大ꎮ产生这个现象的主要原因是ꎬＭＳ１段位对应的掏槽段装药量最大ꎬ且掏槽爆破只对应一个自由面ꎬ受岩石的夹制作用最大ꎬ导致对应的振动响应也最大ꎮ㊀㊀表２为测点３＃对应的合成的爆破振动峰值速度ꎮ表２中ꎬＤ表示新建隧道掌子面与交叉点的水表２㊀既有隧道测点３＃爆破振动峰值速度㊀Ｔａｂ.２㊀ＰｅａｋｖｉｂｒａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｔｕｎｎｅｌｉｎｂｌａｓｔｉｎｇｏｆＮｏ.３Ｄ/ｍｒ/ｍＱ/ｋｇｖＰＰ/(ｃｍ ｓ－１)－２５.０２９.６８３３.６０.８４２－２２.８２７.８５３３.３０.９８４－１９.５２５.２２３２.８１.０２７－１７.１２３.４２３０.９１.１６５－１２.５２０.３０３２.４１.８３３－９.１１８.４１３２.７２.１０８－７.４１７.６３３３.０２.５６５－４.９１６.７３３３.６３.１８９－２.８１６.２４３３.３３.４０８０１６.００３３.６３.９８１３.８１６.４４３３.６３.３６５５.２１６.８２３３.３２.８６６７.２１７.５５３２.８２.２６２９.３１８.５１３０.９１.９３５１２.８２０.４９３２.４１.６３８１６.５２２.９８３２.７１.０２１１９.３２５.０７３３.００.８７１２１.５２６.８０３３.６０.７３４２４.２２９.０１３３.３０.７６４平距离ꎮＤ＝－２５.０ｍꎬ指测点３＃位于掌子面前方２５.０ｍꎮＤ＝＋２４.２ｍꎬ指测点３＃位于掌子面后方２４.２ｍꎮ也就是说ꎬＤ<０表示新建隧道断面未到达交叉断面ꎻＤ>０表示新建隧道断面已超过交叉断面ꎮｒ表示爆心距ꎬ主要通过正弦定理计算得到ꎮ㊀㊀由表２可知ꎬ随着新建隧道的掘进ꎬｒ逐渐减小ꎬ爆破振动强度逐渐增大ꎬ当掌子面到达交叉点时ꎬ爆破振动速度最大ꎻ随着掌子面远离交叉点ꎬ爆破振动速度呈逐渐减小的趋势ꎮ为清晰反映下部爆破载荷作用下既有隧道爆破振动峰值速度的分布情况ꎬ将表２中的相关数据绘制于图５中ꎮ由图５可知ꎬ在总药量及单响药量基本保持不变的条件下ꎬ测点３＃位于掌子面前方的质点振动峰值速度大于掌子面后方的质点ꎮ产生这种差异的原因可能是ꎬ下部隧道掌子面未到达交叉断面时ꎬ爆破振动传播至既有隧道过程中ꎬ爆炸应力波从波阻抗大的围岩介质传递至波阻抗小的空气介质ꎬ爆破振动得到放大ꎮ而当隧道掌子面超过交叉断面后ꎬ新建隧道已开挖部分相当于形成一个减(隔)振空腔ꎬ为爆破振动能量耗散提供了自由面ꎮ爆破应力波传递至既有隧道时需要绕过已开挖部分ꎬ产生波的衍射ꎬ传播距离变大ꎬ消耗了部分爆破振动能量ꎮ㊀㊀㊀图５㊀交叉隧道质点振动峰值速度分布Ｆｉｇ.５㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐｅａｋｖｉｂｒａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｂｌａｓｔｉｎｇｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓｅｄｔｕｎｎｅｌｓ２.１.２㊀回归计算㊀㊀为进一步研究测点位于掌子面前㊁后时既有隧道二次衬砌结构的爆破振动衰减规律ꎬ利用回归分析的方法对表２中的数据进行研究ꎮ目前ꎬ针对岩土工程爆破振动速度的预测模型主要包括萨道夫斯基公式㊁ＵＳＢＭ模型及Ｌ￣Ｋ模型ꎮ其中ꎬ萨道夫斯基公式[１４￣１５]通过量纲分析的方法得到ꎬ常常被研究人员使用ꎬ展示出较强的自适应性ꎮ为此ꎬ采用萨道夫斯基公式进行拟合计算ꎮ２４ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷第６期ｖＰＰ＝Ｋ３Ｑｒæèçöø÷αꎮ(２)式中:Ｑ表示最大单响药量ꎻｒ表示爆心距ꎻＫ㊁α分别为与爆破振动传播有关的场地系数及衰减系数ꎮ利用式(２)分别对Ｄ<０及Ｄ>０时对应的爆破振动峰值速度进行拟合分析ꎮ特别指出ꎬＤ<０表示测点３＃位于掌子面前方ꎻ相反ꎬＤ>０表示测点３＃位于掌子面后方ꎮ拟合的计算结果如下:Ｄ<０ꎬｖＰＰ＝２１０.６１３Ｑｒæèçöø÷２.６２ꎻ(３)Ｄ>０ꎬｖＰＰ＝３４３.７８３Ｑｒæèçöø÷２.９３ꎮ(４)㊀㊀式(３)及式(４)对质点峰值速度的拟合效果良好ꎬ相关系数的平方(Ｒ２)均大于０.９５ꎬ可以较为准确地反映测点位于掌子面前㊁后时对应的爆破振动速度的变化规律ꎮ如图６所示ꎬＤ<０时对应的衰减系数α小于Ｄ>０时的αꎮ这说明ꎬ测点位于掌子面前㊁后时对应的爆破振动衰减规律不同ꎮ当测点位于掌子面后方时ꎬ新建隧道已开挖部分形成的空腔为爆破振动应力波的传递创造了更多的自由面ꎬ有利于爆破振动能量的衰减ꎮ㊀㊀图６㊀爆破振动峰值速度拟合曲线Ｆｉｇ.６㊀Ｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｐｅａｋｖｉｂｒａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｂｌａｓｔｉｎｇ㊀㊀交叉隧道施工过程中ꎬ以水平距离Ｄ作为控制变量ꎬ可以直观形象地反映爆破振动的分布特征ꎬ有利于交叉隧道爆破振动控制的实施ꎮ为揭示爆破振动峰值速度与水平距离Ｄ的关系ꎬ绘制ｖＰＰ Ｄ散点图(图７)ꎮ㊀㊀由图７可知ꎬ并未有数据点超过报警值４ｃｍ/ｓꎮ但是从图７中曲线趋势可以看出ꎬ随着爆破距离的减小ꎬ部分爆破振动峰值速度超过预警值３ｃｍ/ｓꎮ为了达到精准控制爆破的目的ꎬ有必要确定交叉隧道的爆破振动影响范围ꎮ当Ｄ<０及Ｄ>０时ꎬ对图７进行拟合分析ꎬ得到回归方程:Ｄ<０ꎬｖＰＰ＝０.００３Ｄ２＋０.２０Ｄ＋３.６２ꎻ(５)㊀㊀图７㊀隧道爆破振动峰值速度与水平距离的关系Ｆｉｇ.７㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｅａｋｖｉｂｒａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｔａｎｃｅ㊀㊀Ｄ>０ꎬｖＰＰ＝０.００４Ｄ２－０.２３Ｄ＋３.６３ꎮ(６)令ｖＰＰ＝３ｃｍ/ｓꎬ得到测点位于掌子面前方及后方对应的Ｄ的预警临界值分别为３.２６ｍ和２.８８ｍꎮ即ꎬ－３.２６ｍɤＤɤ２.８８ｍ时ꎬ爆破振动峰值速度会等于或超过预警值３ｃｍ/ｓꎬ此范围可以视为交叉隧道爆破振动的影响范围ꎮ从计算结果可以看出ꎬ新建隧道掌子面未到达交叉断面时对应的预警临界值３.２６ｍ大于掌子面超过交叉断面的情况２.８８ｍꎮ安全起见ꎬ隧道未达到交叉断面前６ｍ时应采取严格的控制爆破措施ꎮ２.２㊀爆破振动频率分析２.２.１㊀实测数据分析研究表明ꎬ爆破响应不仅与爆破振动速度有关ꎬ也受爆破振动频率的影响[１６￣１８]ꎬ有必要对爆破振动频率的变化进行系统研究ꎮ实际操作中ꎬ可以通过快速傅里叶变换得到各个实测爆破信号频域的分布特征ꎮ图８为典型爆破信号的功率谱曲线ꎮ如图８所示ꎬ爆破振动的优势频带主要分布在低频率范围ꎮ㊀㊀图８㊀典型爆破信号的功率谱Ｆｉｇ.８㊀Ｐｏｗｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆｔｙｐｉｃａｌｂｌａｓｔｉｎｇｓｉｇｎａｌｓ㊀㊀涉及到的质点振动峰值速度均是由掏槽爆破引起的ꎮ为此ꎬ针对爆破振动频率的影响ꎬ将掏槽爆破对应的主频率ｆｍ作为对象展开研究ꎮ如表３所示ꎮ３４ ２０２３年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀立体交叉铁路隧道爆破振动效应的研究㊀高军伟ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀表３㊀交叉隧道爆破振动主频率Ｔａｂ.３㊀ＤｏｍｉｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓｅｄｔｕｎｎｅｌｓｉｎｂｌａｓｔｉｎｇＤ/ｍｒ/ｍＱ/ｋｇｆｍ/Ｈｚ－２５.０２９.６８３３.６２０.９－２２.８２７.８５３３.３２２.９－１９.５２５.２２３２.８３７.９－１７.１２３.４２３０.９４７.２－１２.５２０.３０３２.４５３.２－９.１１８.４１３２.７６７.６－７.４１７.６３３３.０６９.４－４.９１６.７３３３.６８１.６－２.８１６.２４３３.３９６.９０１６.００３３.６１０２.２３.８１６.４４３３.６９８.８５.２１６.８２３３.３８９.３７.２１７.５５３２.８７８.１９.３１８.５１３０.９７１.４１２.８２０.４９３２.４６６.８１６.５２２.９８３２.７５８.１１９.３２５.０７３３.０４９.２２１.５２６.８０３３.６４３.１２４.２２９.０１３３.３３３.５㊀㊀图９为爆破振动主频率随Ｄ的分布规律ꎮ由图９可知ꎬ无论测点位于掌子面前或掌子面后ꎬ振动主频率均随着Ｄ的增大而减小ꎮ以交叉断面为界ꎬ掌子面位于交叉断面前时的爆破振动主频率小于隧道掌子面超过交叉断面的对应值ꎮ产生这种现象主要是因为:隧道断面未穿过交叉断面时ꎬ爆破振动地震波主要通过岩体介质传递至既有隧道ꎬ在传递过程中ꎬ会耗散爆破信号中大量的高频能量ꎻ隧道掌子面超过交叉点后ꎬ新建隧道已开挖部分为后续的爆破振动传递提供了自由面ꎬ爆㊀㊀㊀图９㊀爆破振动主频率随水平距离的分布Ｆｉｇ.９㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｉｓｔａｎｃｅ炸应力波传播受岩体高频滤波的影响较小ꎮ既有隧道二次衬砌结构的自振频率较小ꎬ低频率的爆破振动更容易诱发既有结构产生共振ꎮ因此ꎬ隧道断面未穿过交叉断面时引起的爆破振动对既有隧道衬砌结构的不利影响更大ꎮ２.２.２㊀回归计算为进一步研究既有隧道爆破振动频率的响应特征ꎬ利用回归计算分析爆破振动主频率的衰减规律ꎮ爆破振动主频率的影响因素主要包括爆破载荷特性㊁围岩特性及既有结构的动力响应特性ꎮ在众多影响因素中ꎬ选取最大单响药量Ｑ㊁爆心距ｒ㊁岩体纵波波速ｃｐ㊁岩体密度ρ作为影响爆破振动主频率的主要物理量ꎮ选取Ｑ㊁ｃｐ㊁ρ㊁ｒ作为独立量纲ꎬ主频率可以表示为ｆｍ＝φ(ρꎬｃｐꎬｒꎬＱ)ꎮ(７)根据π定理ꎬ式(７)可以由２个无量纲数表示:π１＝ｃｐｒｆｍꎻ(８)π２＝ρｒ３Ｑꎮ(９)根据量纲和谐定理[１９]ꎬ式(７)可以表示为ｃｐｆｍｒ＝φρｒ３Ｑꎮ(１０)对于特定的隧道工程ꎬ围岩岩体的密度ρ基本保持不变ꎮ依据萨道夫斯基公式的表达形式ꎬ可以得到ｆｍｒｃｐ＝η３Ｑｒæèçöø÷βꎮ(１１)由式(１１)得到ｆｍ＝ηｃｐｒ３Ｑｒæèçöø÷βꎮ(１２)式中:η为与实际工程有关的爆破振动频率相关参数ꎻβ为爆破振动频率衰减系数ꎮ值得说明的是ꎬ这里ｃｐ代表的是围岩原岩的纵波速度ꎮ声波实际测试结果表明:ｃｐ的取值范围很小ꎬ为４１５０~４０７０ｍ/ｓꎮ这是由于该隧道工程段内围岩组成较为稳定ꎬ并未遇到较大的节理或结构弱面ꎮ利用式(１２)分别对Ｄ<０及Ｄ>０时对应的爆破振动主频率进行回归分析:Ｄ<０ꎬｆｍ＝０.９７９ｃｐｒ３Ｑｒæèçöø÷０.５０ꎻ(１３)Ｄ>０ꎬｆｍ＝１.７６６ｃｐｒ３Ｑｒæèçöø÷０.９０ꎮ(１４)㊀㊀拟合结果如图１０所示ꎮ㊀㊀式(１２)对交叉隧道爆破振动主频率的拟合效 ４４ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷第６期㊀㊀㊀图１０㊀交叉隧道爆破振动主频率拟合曲线Ｆｉｇ.１０㊀Ｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅｓｏｆｄｏｍｉｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｃｒｏｓｓｅｄｔｕｎｎｅｌｓ果良好ꎬ掌子面前㊁后对应的主频率的决定系数的平方(Ｒ２)均大于０.９０ꎮ分析结果证明ꎬ通过量纲分析得到的频率拟合模型是合理的ꎮ由式(１３)~式(１４)可知ꎬＤ<０时对应的主频率衰减系数β小于Ｄ>０的对应值ꎮ测点位于新建隧道掌子面后ꎬ对应的爆破振动主频率的衰减速度更快ꎮ３ 定量考虑频率影响的爆破振动控制方法众所周知ꎬ爆破振动响应规律受多种因素的影响ꎮ其中ꎬ振动速度和振动频率是两个最重要的影响因素[２０￣２１]ꎮ世界各国在制定爆破振动控制规范的过程中ꎬ也将这两个因素统一考虑ꎮ大多采用分段考虑频率影响的方法规定不同频段对应的爆破振动速度的控制阈值[２２￣２４]ꎮ然而ꎬ这种方法只能定性地确定各段频率范围内的质点振动峰值速度限值ꎬ未形成定量的评判标准ꎬ并不能真正达到精准控制爆破振动的目的ꎮ针对这一问题ꎬ基于２.１和２.２小节的研究成果ꎬ寻求一种可以定量体现频率影响的爆破振动评价体系ꎮ通过联立式(１)及式(１２)ꎬ得到质点振动峰值速度ｖＰＰ和主频率ｆｍ之间的关系如下:ｖＰＰｆｍ＝Ｋｒηｃｐ３Ｑｒæèçöø÷α－βꎮ(１５)令Ｋ１＝Ｋ/ηꎬφ＝α－βꎬ则式(１５)化简为ｖＰＰｆｍ＝Ｋ１ｒｃｐ３Ｑｒæèçöø÷φꎮ(１６)式(１６)两侧取自然对数ꎬ基于表３中的相关数据ꎬ通过线性拟合ꎬ分别得到Ｄ<０和Ｄ>０对应的质点峰值速度与主频率之间的关系:Ｄ<０ꎬｖＰＰ＝４５.６３ｃｐｆｍｒ３Ｑｒæèçöø÷１.０７ꎻ(１７)Ｄ>０ꎬｖＰＰ＝２２１.４５ｃｐｆｍｒ３Ｑｒæèçöø÷２.１２ꎮ(１８)㊀㊀拟合结果见图１１ꎮ㊀㊀㊀图１１㊀质点振动峰值速度与主频率的拟合关系Ｆｉｇ.１１㊀Ｆｉｔｔｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｅａｋｖｉｂｒａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｄｏｍｉｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ㊀㊀从图１１可知ꎬ式(１７) 式(１８)对应的Ｒ２均大于０.９５ꎬ拟合效果较好ꎬ证明测点位于掌子面前方及后方时对应的质点振动峰值速度与振动主频率之间满足式(１６)中的数学关系ꎮ㊀㊀基于以上分析ꎬ首先ꎬ可以通过相关计算参数得到ｆｍꎬ进而通过ｆｍ反求ｖＰＰꎮ这样便可以定量考虑爆破振动主频率对爆破振动峰值速度的影响ꎮ这种计算思路弥补了现有规范中将频率分段考虑的不足ꎮ以Ｄ<０为例ꎬ即测点位于新建隧道掌子面前时ꎬ根据工程实际将Ｑ和ｒ带入式(１３)ꎬ计算得到ｆｍꎬ然后将计算得到的ｆｍ带入式(１８)ꎬ计算得到优化后的爆破振动峰值速度ｖＰＰＳꎮ同理ꎬＤ>０时ꎬ也可以计算得到相应的ｖＰＰＳꎮ通过这种方式可以达到定量考虑频率影响的目的ꎬ一定程度上克服了规范中分段考虑频率影响的方法的不足ꎮ绘制Ｒ~ｖＰＰＳ散点图ꎬ并添加拟合曲线ꎬ如图１２所示ꎮ从图１２可以发现ꎬ考虑频率影响后的ｖＰＰＳ均未超过预警值３ｃｍ/ｓꎮ产生这种现象的原因是ꎬ交叉隧道爆破振动频率较大ꎬ最小值仍为２０.９Ｈｚꎮ文献[９ꎬ１１]指出ꎬ一般地下岩土工程的自振频率大多小于１０Ｈｚꎬ爆破振动频率与既有结构的自振频率差距越大ꎬ对既有结构的影响越小ꎮ因此ꎬ经过定量考虑频率影响的ｖＰＰＳ较实测数据ｖＰＰ有了一定幅度的减小ꎮ针对本交叉隧道工程ꎬ定量考虑频率影响后的结果表明ꎬ下部隧道爆破施工对既有隧道的振动影响在可控范围内ꎮ５４ ２０２３年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀立体交叉铁路隧道爆破振动效应的研究㊀高军伟ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图１２㊀考虑频率影响的质点振动峰值速度Ｆｉｇ.１２㊀Ｐｅａｋｖｉｂｒａｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙ４ 结论依托京张高铁草帽山交叉隧道工程ꎬ基于现场爆破振动监测结果ꎬ理论分析并研究既有隧道爆破振动峰值速度及爆破振动主频率的衰减规律ꎮ通过理论推导ꎬ引入一套可以定量考虑频率影响的爆破振动安全评价方法ꎬ并得到如下结论:１)交叉点位于新建隧道掌子面前的爆破振动峰值速度大于交叉点位于掌子面后方的对应值ꎮ且交叉点位于掌子面前方对应的爆破振动速度衰减系数α小于掌子面后方的对应值ꎮ基于萨道夫斯基公式的拟合结果ꎬ以质点振动峰值速度ｖＰＰ作为评价指标ꎬ得到爆破振动预警的水平距离的临界范围为－３.２６ｍɤＤɤ２.８８ｍꎮ２)交叉点位于新建隧道掌子面前对应的爆破振动主频率小于掌子面超过交叉点的情况ꎮ实验数据表明ꎬ通过量纲分析建立的爆破振动主频率的预测模型具有较好的预测精度ꎬ得到的决定系数均大于０.９０ꎮ３)利用回归分析建立爆破振动主频率与质点振动峰值速度的数学关系ꎮ通过爆破主频率估计爆破振动峰值速度ꎬ构建一套可以定量考虑振动主频率影响的爆破振动评价方法ꎮ定量考虑主频率影响的ｖＰＰＳ较实测振动速度ｖＰＰ有一定幅度的减小ꎮ针对本交叉隧道工程ꎬ综合考虑爆破振动主频率及既有隧道自振频率的影响可以得到ꎬ下部隧道爆破施工对上部既有隧道的爆破振动影响在可控范围内ꎮ参考文献[１]㊀朱正国ꎬ孙明路ꎬ朱永全ꎬ等.超小净距隧道爆破振动现场监测及动力响应分析研究[Ｊ].岩土力学ꎬ２０１２ꎬ３３(１２):３７４７￣３７５２ꎬ３７５９.ＺＨＵＺＧꎬＳＵＮＭＬꎬＺＨＵＹＱꎬｅｔａｌ.Ｆｉｅｌｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｎｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｕｌｔｒａ￣ｓｍａｌｌｓｐａｃｉｎｇｔｕｎｎｅｌｓ[Ｊ].ＲｏｃｋａｎｄＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓꎬ２０１２ꎬ３３(１２):３７４７￣３７５２ꎬ３７５９.[２]㊀孙远ꎬ杨峰ꎬ郑晶ꎬ等.基于变分模态分解和小波能量熵的微震信号降噪[Ｊ].矿业科学学报ꎬ２０１９ꎬ４(６):４６９￣４７９.ＳＵＮＹꎬＹＡＮＧＦꎬＺＨＥＮＧＪꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｉｃｒｏ￣ｓｅｉｓｍｉｃｓｉｇｎａｌｄｅｎｏｉｓｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｖａｒｉａｔｉｏｎａｌｍｏｄｅｄｅ￣ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｗａｖｅｌｅｔｅｎｅｒｇｙｅｎｔｒｏｐｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ４(６):４６９￣４７９. [３]㊀单仁亮ꎬ宋永威ꎬ白瑶ꎬ等.基于小波包变换的爆破信号能量衰减特征研究[Ｊ].矿业科学学报ꎬ２０１８ꎬ３(２):１１９￣１２８.ＳＨＡＮＲＬꎬＳＯＮＧＹＷꎬＢＡＩＹꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇ￣ｎａｌｓｂａｓｅｄｏｎｗａｖｅｌｅｔｐａｃｋｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１８ꎬ３(２):１１９￣１２８.[４]㊀ＨＵＯＸＦꎬＳＨＩＸＺꎬＱＩＵＸＹꎬｅｔａｌ.Ｒｏｃｋｄａｍａｇｅｃｏｎ￣ｔｒｏｌｆｏｒｌａｒｇｅ￣ｄｉａｍｅｔｅｒ￣ｈｏｌｅｌａｔｅｒａｌｂｌａｓｔｉｎｇｅｘｃａｖａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｃｈａｒｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ[Ｊ].ＴｕｎｎｅｌｌｉｎｇａｎｄＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２０ꎬ１０６:１０３５６９.[５]㊀ＹＵＣꎬＹＵＥＨＺꎬＬＩＨＢꎬｅｔａｌ.Ｓｃａｌｅｍｏｄｅｌｔｅｓｔｓｔｕｄｙｏｆｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｊｏｉｎｔｓｏｎｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ[Ｊ].ＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅＥｎｖｉｒｏｎ￣ｍｅｎｔꎬ２０２１ꎬ８０(１):５３３￣５５０.[６]㊀王海龙ꎬ赵岩ꎬ王永佳ꎬ等.新建京张高铁立体交叉隧道爆破振动控制研究[Ｊ].铁道标准设计ꎬ２０１８ꎬ６２(７):１３０￣１３４.ＷＡＮＧＨＬꎬＺＨＡＯＹꎬＷＡＮＧＹＪꎬｅｔａｌ.Ｓｔｕｄｙｏｎｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｃｒｏｓｓｔｕｎｎｅｌｏｎＢｅｉｊｉｎｇｔｏＺｈａｎｇｊｉａｋｏｕｈｉｇｈ￣ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙ[Ｊ].Ｒａｉｌ￣ｗａｙＳｔａｎｄａｒｄＤｅｓｉｇｎꎬ２０１８ꎬ６２(７):１３０￣１３４. [７]㊀ＺＨＯＮＧＧＳꎬＡＯＬＰꎬＺＨＡＯＫ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｅｘｐｌｏｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｗａｖｅｌｅｔｐａｃｋｅｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂａｎｄｅｎｅｒｇｙｄｉｓ￣ｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｂｌａｓｔｖｉｂｒａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１２ꎬ１９(９):２６７４￣２６８０.[８]㊀ＺＨＡＯＹꎬＳＨＡＮＲＬꎬＷＡＮＧＨＬ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｖｉｂｒａ￣ｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｕｎｎｅｌｂｌａｓｔｉｎｇｂａｓｅｄｏｎａｎｉｍｐｒｏｖｅｄＨｉｌｂｅｒｔ￣Ｈｕａｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍ[Ｊ].ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥａｒｔｈＳｃｉｅｎ￣ｃｅｓꎬ２０２１ꎬ８０(５):２０６.[９]㊀中国生ꎬ房营光ꎬ徐国元ꎬ等.基于小波包分析的建(构)筑物爆破振动安全判据研究[Ｊ].岩土工程学报ꎬ２００９ꎬ３１(２):２２３￣２２８.ＺＨＯＮＧＧＳꎬＦＡＮＧＹＧꎬＸＵＧＹꎬｅｔａｌ.Ｓａｆｅｔｙｃｒｉ￣ｔｅｒｉｏｎｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂａｓｅｄｏｎｗａｖｅｌｅｔ６４ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５２卷第６期ｐａｃｋｅｔａｎａｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００９ꎬ３１(２):２２３￣２２８.[１０]㊀李洪涛.基于能量原理的爆破地震效应研究[Ｄ].武汉:武汉大学ꎬ２００７.ＬＩＨＴ.Ｓｔｕｄｙｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｂｌａｓｔ￣ｉｎｄｕｃｅｄｓｅｉｓｍｉｃｂａｓｅｄｏｎｅｎｅｒｇｙｔｈｅｏｒｙ[Ｄ].Ｗｕｈａｎ:ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２００７.[１１]㊀张立国ꎬ龚敏ꎬ于亚伦.爆破振动频率预测及其回归分析[Ｊ].辽宁工程技术大学学报(自然科学版)ꎬ２００５ꎬ２４(２):１８７￣１８９.ＺＨＡＮＧＬＧꎬＧＯＮＧＭꎬＹＵＹＬ.Ｆｏｒｅｃａｓｔａｎｄｒｅｇｒｅｓ￣ｓｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ[Ｊ].Ｊｏｕｒ￣ｎａｌｏｆＬｉａｏｎｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)ꎬ２００５ꎬ２４(２):１８７￣１８９.[１２]㊀王海龙ꎬ赵岩ꎬ王海军ꎬ等.基于ＣＥＥＭＤＡＮ￣小波包分析的隧道爆破信号去噪方法[Ｊ].爆炸与冲击ꎬ２０２１ꎬ４１(５):１２５￣１３４.ＷＡＮＧＨＬꎬＺＨＡＯＹꎬＷＡＮＧＨＪꎬｅｔａｌ.Ｄｅ￣ｎｏｉｓｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆｔｕｎｎｅｌｂｌａｓｔｉｎｇｓｉｇｎａｌｂａｓｅｄｏｎＣＥＥＭＤＡＮｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ￣ｗａｖｅｌｅｔｐａｃｋｅｔａｎａｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＥｘｐｌｏｓｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋＷａｖｅｓꎬ２０２１ꎬ４１(５):１２５￣１３４. [１３]㊀单仁亮ꎬ赵岩ꎬ王海龙ꎬ等.下穿铁路隧道爆破振动衰减规律研究[Ｊ].爆炸与冲击ꎬ２０２２ꎬ４２(８):１４３￣１５７.ＳＨＡＮＲＬꎬＺＨＡＯＹꎬＷＡＮＧＨＬꎬｅｔａｌ.Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎａｒａｉｌｗａｙｔｕｎｎｅｌ[Ｊ].ＥｘｐｌｏｓｉｏｎａｎｄＳｈｏｃｋＷａｖｅｓꎬ２０２２ꎬ４２(８):１４３￣１５７. [１４]㊀国家安全生产监督管理局.爆破安全规程:ＧＢ６７２２ ２０１４[Ｓ].北京:中国标准出版社ꎬ２０１４.ＳｔａｔｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎｏｆＷｏｒｋＳａｆｅｔｙ.Ｓａｆｅｔｙｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｆｏｒｂｌａｓｔｉｎｇ:ＧＢ６７２２ ２０１４[Ｓ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＳｔａｎｄａｒｄｓＰｒｅｓｓｏｆＣｈｉｎａꎬ２０１４.[１５]㊀ＴＩＡＮＸＸꎬＳＯＮＧＺＰꎬＷＡＮＧＪＢ.Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｐｒｏ￣ｐａｇａｔｉｏｎｌａｗｏｆｔｕｎｎｅｌｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎｓｔｒａｔｕｍａｎｄｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｊ].ＳｏｉｌＤｙｎａ￣ｍｉｃｓａｎｄＥａｒｔｈｑｕａｋｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１９ꎬ１２６:１０５８１３. [１６]㊀ＤＥＮＧＸＨꎬＷＡＮＧＪＹꎬＷＡＮＧＲꎬｅｔａｌ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｕｎｎｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎａｎｅｘｉｓｔｉｎｇｒｏａｄ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉ￣ｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０２０ꎬ１８(１２):１３８１￣１３９３.[１７]㊀ＹＡＮＧＪＨꎬＣＡＩＪＹꎬＹＡＯＣꎬｅｔａｌ.Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｔｕｎｎｅｌｂｌａｓｔ￣ｉｎｄｕｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｎｔｕｎｎｅｌｓｕｒｆａｃｅｓａｎｄｉｎｓｉｄｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ[Ｊ].ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１９ꎬ５２(１１):４７４７￣４７６１.[１８]㊀ＬＵＷＢꎬＬＥＮＧＺＤꎬＨＵＨＲꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｂｌａｓｔ￣ｇｅｎｅｒａｔｅｄｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｎｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎ[Ｊ].ＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅ￣ｒｉｎｇꎬ２０１８ꎬ２２(１１):１３７４￣１３９８.[１９]㊀朱传统ꎬ刘宏根ꎬ梅锦煜.地震波参数沿边坡坡面传播规律公式的选择[Ｊ].爆破ꎬ１９８８(２):３０￣３４.ＺＨＵＣＴꎬＬＩＵＨＧꎬＭＥＩＪＹ.Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｆｏｒｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｌａｗｏｆｓｅｉｓｍｉｃｗａｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｌｏｎｇｔｈｅｓｌｏｐｅｓｕｒｆａｃｅ[Ｊ].Ｂｌａｓｔｉｎｇꎬ１９８８(２):３０￣３４. [２０]㊀ＨＵＹＧꎬＹＡＮＧＺＷꎬＨＵＡＮＧＳＬꎬｅｔａｌ.Ａｎｅｗｓａｆｅ￣ｔｙｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｅｘｃａｖａｔｉｏｎｉｎｈｉｇｈｒｏｃｋｓｌｏｐｅｗｉｔｈｊｏｉｎｔｓ[Ｊ].ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＲｏｃｋＥｎｇｉ￣ｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０２０ꎬ５３(２):３０１５￣３０２９.[２１]㊀宋光明ꎬ陈寿如ꎬ史秀志ꎬ等.露天矿边坡爆破振动监测与评价方法的研究[Ｊ].有色金属(矿山部分)ꎬ２０００(４):２４￣２７.[２２]㊀ＺＨＡＯＹꎬＳＨＡＮＲＬꎬＷＡＮＧＨＬꎬｅｔａｌ.Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｒｅ￣ｓｐｏｎｓｅａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｃｒｏｓｓ￣ｔｕｎｎｅｌｂｌａｓｔｉｎｇ[Ｊ].ＢｕｌｌｅｔｉｎｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙａｎｄｔｈｅＥｎｖｉｒｏｎ￣ｍｅｎｔꎬ２０２２ꎬ８１(１０):４１７.[２３]㊀贾海鹏ꎬ刘殿书ꎬ陈斌ꎬ等.相邻隧道爆破振速分布规律研究[Ｊ].矿业科学学报ꎬ２０１９ꎬ４(６):５０６￣５１４.ＪＩＡＨＰꎬＬＩＵＤＳꎬＣＨＥＮＢꎬｅｔａｌ.Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｖｉｂｒａ￣ｔｉｏｎｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗｏｆａｄｊａｃｅｎｔｔｕｎｎｅｌｂｌａｓｔｉｎｇ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ４(６):５０６￣５１４.[２４]㊀孙中博ꎬ赵毅鑫ꎬ王海亮ꎬ等.临近地铁车站爆破振动效应对高层建筑的影响[Ｊ].矿业科学学报ꎬ２０２３ꎬ８(１):８３￣９２.ＳＵＮＺＢꎬＺＨＡＯＹＸꎬＷＡＮＧＨＬꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂｌａｓｔｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｎｈｉｇｈ￣ｒｉｓｅｂｕｉｌｄｉｎｇｎｅａｒｓｕｂｗａｙｓｔａｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２３ꎬ８(１):８３￣９２.７４２０２３年１２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀立体交叉铁路隧道爆破振动效应的研究㊀高军伟ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
新建隧道爆破施工引起既有隧道动力响应及控制技术研究
新建隧道爆破施工引起既有隧道动力响应及控制技术研究近年来,我国西部地区基础设施建设速度明显加快。
西部地区的地形地貌限制给公路、铁路的选线带来困难,不可避免会出现大量新建隧道与既有交通线复杂交叉的情况。
在中国,95%的山岭隧道采用钻爆法施工。
爆破施工,尤其当爆破装药量大、围岩条件差以及既有建筑物比较重要时,引起的爆破震动效应问题不可忽视,对爆破振动的控制要求更为严格。
因此,研究新建隧道爆破施工引起既有交通线的动力响应规律及其控制措施,具有十分重要的意义。
本文以新嘎拉山公路隧道近接既有嘎拉山隧道为背景,通过数值模拟和现场测试等方法,较为系统深入地研究了新建隧道爆破施工对依托工程的影响及其控制措施。
本文主要研究内容和成果如下：1)总结了目前国内外学者研究隧道爆破动力响应所取得的理论研究成果以及积累的工程实践经验,对国内外爆破安全的控制标准进行了对比,就振动速度作为爆破振动安全判据的合理性进行了探讨。
2)详细介绍了LS-DYNA处理高速碰撞、爆炸等复杂动力学问题的优势,并描述了流固耦合算法进行隧道爆破模拟的分析过程,建立了与实际工程相应的三维有限元模型,对不同围岩地段爆破方案进行了数值模拟。
得到了不同爆破方案下既有隧道二次衬砌上的振速峰值,并与现场爆破振动测试结果进行了对比。
为确保施工安全,调整爆破方案提供一定的依据。
3)通过数值模拟得到了爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌和新建隧道初期支护上的振速分布规律,最大振速时程曲线以及位移变化云图；进一步模拟了不同装药量和净距等条件下引起既有隧道二次衬砌上的最大振速。
4)模拟了新建隧道采用不同毫秒间隔延时爆破引起既有隧道二次衬砌的动力响应。
得到了不同微差间隔时间下二次衬砌上的最大振速时程曲线,结果证明当药包起爆间隔大于某一定值后,能够在时间上错开不同药包爆破引起的振速峰值,从而起到良好的减震效果。
隧道爆破近区爆破振动测试研究
隧道爆破近区爆破振动测试研究隧道爆破是工程建设中常见的一种施工方法，但在爆破过程中产生的振动会对周围环境和建筑物产生一定的影响。
因此，对隧道爆破近区爆破振动进行测试研究具有重要意义。
本文将综述过去的研究成果，分析其不足，并探讨当前的研究现状和存在的问题，同时详细介绍选用的实验方法、测试技术，并分析实验结果。
过去的研究主要集中在隧道爆破近区爆破振动的测量和预测方面。
这些研究采用不同的测试方法和技术，如地震加速度计、应变片、光纤传感器等，对隧道爆破产生的振动速度、加速度和位移进行了测量和建模。
同时，研究者们还对影响爆破振动的因素如炸药量、爆心距、地质条件等进行了分析。
尽管这些研究取得了一定的成果，但仍存在以下问题：测试方法不统一，导致不同研究结果之间难以比较；缺乏对隧道爆破近区爆破振动规律的深入研究；尚未建立完善的预测模型，无法准确预测爆破振动对周围环境的影响。
为了解决上述问题，本文选用地震加速度计对隧道爆破近区爆破振动进行测试，并采用无线传输技术将测试数据实时传输至数据采集器。
实验中，我们在隧道的不同位置布置了多个加速度计，以全面监测隧道爆破过程中的振动情况。
测试中，我们记录了爆破过程中的地震加速度、速度和位移等数据，并采用数值模拟方法对测试结果进行分析。
通过对实验数据的分析和处理，我们发现隧道爆破近区爆破振动具有以下规律：隧道地质条件对爆破振动具有一定影响，软弱地质条件会导致振动加剧；隧道形状、尺寸等结构因素对爆破振动产生影响。
在实验过程中，我们还发现一些过去研究中未提及的现象，如隧道爆破近区存在瞬态波和稳态波两种传播方式，且瞬态波的传播距离较远，对周围环境的影响更大。
这一发现为我们进一步研究隧道爆破近区爆破振动提供了新的思路。
本文通过对隧道爆破近区爆破振动测试的研究，发现隧道爆破产生的振动以纵波为主，横波较小，且随着爆心距的增加，爆破振动逐渐减小。
我们还发现隧道地质条件和结构因素对爆破振动产生一定影响。
隧道爆破振动控制技术研究
隧道爆破振动控制技术研究在施工隧道时，由于物理空间的限制、隧道内外岩石的强度差异等原因，常需要利用爆破技术来进行石头的破碎，方便挖掘。
但是随着隧道越来越“近”城市、越来越复杂的地下构造和地质地形，安全、环保等方面的问题也愈加突出，尤其是因为隧道爆破产生的振动对地下环境、周边的建筑物、桥梁等产生威胁，因此隧道爆破振动控制技术便应运而生。
一、爆破振动的影响因素及特点要想研究隧道爆破时的振动，我们先得了解影响隧道爆破振动的因素和振动的特点。
爆破振动的影响因素主要有：爆炸药的性质、爆炸药的药量、爆炸药包囊厚度、爆破孔的布置方式、爆破孔直径、岩体物理力学特性以及周围环境条件等等。
在高速公路、市区内的隧道、桥梁等狭窄的地域，产生的隧道爆破振动的特点是：1. 振动频率较高2. 振幅很小3. 振动持续时间短4. 具有随机性5. 频繁产生二、隧道爆破振动控制技术的应用现状针对隧道爆破振动影响的问题，目前主要采用以下几种控制技术：1. 引爆药量调整技术通过减少爆炸药量，从而降低振动。
2. 引爆时间依序错延技术在方向、间距等条件固定的情况下，根据预测的振动值大小，采取错延引爆时间，只发生小分段的爆破作业，达到减小整体振动的目的。
3. 阻抗匹配技术采用改善岩体与爆破时间的相互影响关系来达到降低爆破所产生的振动波的强度的目的。
4.防振手段这种技术主要是通过隔振和减振，迫使爆破振动能匀速向周围环境传输，以达到起到防振的目的。
三、隧道爆破振动控制技术研究进展和未来应用方向隧道爆破振动控制技术在国内外的研究已经有了一定的基础。
首先，随着计算机技术的进步，计算模拟成为爆破振动控制技术研究的重要手段。
其中，地震动计算、弹性波传播、岩体力学、爆炸力学等方面的研究成果，为隧道爆破振动控制技术的研究奠定了理论基础。
其次，生物仿生学的出现，使得一些仿生结构、材料被用于隧道爆破振动控制技术的研究。
例如，蜂巢结构、树形结构等，在发挥其原有功能的同时，可以起到隔振和减振的作用。
隧道爆破施工对邻近既有隧道振动影响的研究
隧道爆破施工对邻近既有隧道振动影响的研究摘要：结合大连某地隧道爆破施工工程,采用迈达斯动力数值模拟方法及经验公式,研究钻爆法施工产生的振动对既有铁路隧道的影响。
通过数值模拟探讨了经验公式的可靠性，结果表明数值模拟与经验公式所得规律有较好的一致性,且经验公式更保守，证明了采用经验公式研究隧道工程爆破振动影响的可行性和正确性。
引言随着我国地铁隧道建设的高速发展,出现了越来越多的新建隧道靠近既有建物、小净距平行隧道、上下交叉隧道等形式的地下近接工程[1]。
在采用钻爆法施工的近接隧道工程中,要求在新建隧道临近既有隧道施工时,除了要保证新建隧道的工程质量和进度外,还必须减少或消除对既有隧道的影响,确保施工区周围人员和既有隧道的安全。
目前,对靠近既有建筑物和小净距隧道等近接工程的爆破振动问题已有研究[2-6],但对爆破引起震动的经验公式与数值模拟之间误差的研究较少，因此,本文结合大连某地隧道工程,采用数值模拟和经验公式对比方法对爆破荷载作用下的振动响应进行研究。
工程概况该两条隧道直径均为7.6m，两条并行。
衬砌C20混凝土厚度55 cm。
引水隧洞与铁路隧道净距小于2D，隧道间距10m。
隧道在地下27m处。
另一隧洞的爆破施工对铁路主干线上处于运营中隧道的动力影响及对策是亟需解决的问题。
根据隧道设计参数和工程地质资料，建立数值模型。
模型主要包括岩层单元、衬砌单元。
通常网格尺寸应小于输入波动卓越频率下波长的1/10～1/8。
模型中地层具有最低的剪切波速Cs=186m/s, 输入地震动的最大频率为5Hz。
因此，单元最大尺寸应该为3.78～4.60 m。
模型中单元最大尺寸为2 m,故满足数值模拟的单元尺寸要求。
模型宽100米，高为130米，采用平面应变假设。
岩层材料性质采用弹塑性本构关系，屈服条件满足 Mohr-Coulomb 屈服准则，相关参数按照地质勘察报告取值如表1所示。
2.6吨TNT情况下，模拟结果显示隧道右壁即检测点2、6的响应最大，达到17.6cm/s, 符合安全要求，小于经验公式的计算结果。
新建隧道施工爆破对既有隧道振动响应规律研究
新建隧道施工爆破对既有隧道振动响应规律研究近年来,随着我国交通的快速发展,现有的交通设施无法满足日益增长交通量的需要。
线路扩建工程也因此逐渐增多,随之带来的新建隧道下穿或近接既有隧道的情况变得更加复杂。
而作为地下工程的主要的施工方法—矿山法对既有建筑物的影响很大。
因此,开展新建隧道爆破施工对既有隧道影响的研究是十分必要的。
本论文依托新岭隧道扩建工程,结合现场监测数据,采用数值模拟研究了新建隧道爆破施工对旧隧道的影响,主要成果如下：(1)分析了所依托工程的地质条件及现场情况,提出了针对不同级别围岩的爆破方案,为现场施工提供指导；(2)以现场资料为依据,建立数值仿真模型,对既有隧道在新建隧道爆破作用下的响应规律进行了系统研究。
通过对振速的监测,分析了爆破振动在地层中的衰减规律,为数值模拟及振动监控提供依据；并通过现场施工和监测来验证分析的可行性。
(3)针对不同级别围岩段,通过有限元方法模拟爆破开挖,分析在不同工况条件下的爆破施工对既有隧道的响应,得出旧隧道爆破振动速度沿横断面方向的分布规律；(4)通过计算不同工况,得出旧隧道爆破振动速沿纵向的分布规律,并得出新建隧道爆破时,旧隧道的应力分布规律,为旧隧道的振动监测及维修防护提供参考。
近接隧道爆破振动控制及围岩响应规律
间隔装药与分段起爆
采用间隔装药和分段起爆技术，分散 炸药能量释放的时间和空间，减小爆 破振动对围岩的破坏。
阻尼减震措施
在隧道壁或围岩中设置阻尼材料或减 震结构，吸收和消散部分爆破振动能 量，降低围岩响应。
主动控制技术
利用实时监测和反馈控制系统，对爆 破振动进行主动干预和控制，实现振 动水平的精确调控。
03
围岩响应规律研究
围岩物理力学性质
岩石密度
表示岩石单位体积的质量，影响岩石的力学 性质和波动传播特性。
抗压强度
岩石在压缩条件下抵抗破坏的能力，是评价 围岩稳定性的重要指标。
弹性模量
反映岩石在弹性变形阶段的应力-应变关系 ，决定岩石的刚度和变形特性。
泊松比
表示岩石在轴向压缩时横向变形的程度，影 响围岩的变形响应。
03
建议3
开展多学科联合研究。鼓励土木工程 、地质工程、力学等多学科专家共同 开展研究，充分利用各学科优势，推 动近接隧道爆破技术的创新与发展。
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围岩稳定性评价方法
岩体质量指标（RQD）
通过测量岩体中大于一定尺寸的完整岩块所占的比例，来评价围岩的整体质量和稳定性。
地质力学分类（GMC）
综合考虑围岩的物理力学性质、地质构造、水文地质条件等因素，对围岩进行稳定性分类 。
数值模拟方法
利用有限元、离散元等数值方法，模拟爆破振动过程中围岩的应力、应变和位移分布，从 而评价围岩的稳定性。这些方法能够考虑多种影源自因素，提供更为准确和全面的评价结果 。
阐述如何对监测数据进行处理和分析，以提取围岩响应的关键指标 和特征。
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对隧道爆破振动响应的研究
摘要：随着公路投资的增加，目前不少单线公路正改建成为复线，但是由于受
地质条件限制，新建隧道与既有隧道的间距较小，这时新建隧道施工，特别是爆
破作业，可能影响既有隧道的安全性，危及既有隧道衬砌结构的稳定。
为了探讨
隧道爆破振动响应，本研究采用现场监测与数值分析两种方法，对该命题进行了
有益的分析与探索。
关键词：新建隧道；既有隧道；爆破振动；振动响应
随着经济社会的发展，公路建设加速，在不少公路线路施工和改造过程中，
由于受地形地质条件制约，既有隧道与新建隧道之间的距离较短，在施工中，经
常破坏既有隧道结构的安全性。
在新建隧道爆破作业时，爆破振动可改变原有围
岩的应力分布，同时也对中硬岩以上围岩隧道产生影响。
为了不影响既有隧道的
安全性和稳定性，在施工中应对隧道爆破振动进行监测和分析，本研究以某隧道
隧道为例进行了分析。
一、参数计算与基准控制在本文中，笔者所做的工作，主要是分析不同间距
条件下，既有隧道衬砌迎爆侧最大振速、最大主应力及安全性评价。
爆破振动荷载计算，以公路隧道为例，假定：爆破振动荷载均匀分布于隧道
洞壁上，以动压力形式施加，垂直于隧道壁面；荷载为三角形，峰值压力P 为
3.6MPa，加载12ms，卸载时间100ms。
本文计算以III 类围岩为主，隧道施工方
法为台阶法[1]。
III 类围岩物理学指标及支护结构参数，详见表1、表2。
表1 III 类围岩相关物理指标表
由表3 可知，新建隧道爆破振动对既有隧道边墙影响最大，如新建隧道施工
方法为台阶法，则爆破振动对既有隧道下台阶开挖影响大于上台阶开挖影响。
在
上台阶爆破时，间距＜6m 时，既有隧道边墙、拱肩振速超出极限值，会造成破坏；在下台阶爆破时，间距＜15m 时，既有隧道边墙振速超出极限值，可能产生
破坏[3]。
（二）既有隧道衬砌主应力分析在爆破振动作用下，既有隧道的应力值将发
生较大改变，迎爆侧的应力状态将会大幅上升，且间隔一定时间。
从计算结果可知，迎爆侧衬砌内侧主应力大于外侧。
本研究的计算结果显示，如间距＜6m，下台阶、上台阶开挖的拉应力，均超出极限值，既有隧道可能会产生裂缝，而其墙
脚出不会产生拉应力，未超出极限值；既有隧道拱肩处间距＜6m，开挖上台阶时，拉应力未达到极限值，开挖下台阶无拉应力。
同时，与振速对比可知，在监测爆
破振动过程中，振动指标为重要指标之一，应力指标相对宽松[4]。
三、现场测量结果情况复线隧道长度为600m，既有隧道与新建隧道平均间
隔为15m，隧道内的岩石类型以III 类围岩为主，且围岩的完整性良好、地表无岩
溶发育，存在地下水发育。
由于既有隧道通车频率较大，混凝土外观粗糙，且出
水点较多，混凝土存在局部开裂现象。
在布置测点时，可将振速指标作为控制标准，并行严格的监测。
因为临近隧
道迎爆侧爆破振动速度大，在选择布置测点时，应选择在靠近新建隧道一侧，选
择4 个端面，共计12 个测点，以找出迎爆侧的最大振动方向及部位，行长期监测。
本研究的爆破振动测试均采用DSVM-4C 型振动测试仪。
测点装药量与振速值，详见表4。
通过对实测结果进行分析，笔者总结出以下几点：第一，采用台阶法开挖新
建隧道过程中，进行下台阶底板眼爆破时的爆破振动最大，与计算结果相一致；
第二，如果新建与既有隧道间距为15m，则既有隧道边墙最大振速为5cm/s，与
计算结果相差无几；第三，在震源距离较远条件下，既有隧道迎爆侧边墙中上部
振动速度值较大，而如果震源距离较近，则中下部振动速度较大，与计算结果相符；第四，爆破振动沿掘进方向传播，可为施工安全性提供指导；第四，对同一
测点的测速表明，在环向、纵向及径向上，径向振速最大[5]。
结语：综上所述，根据本文分析，可获得以下结论：一是复线隧道的施工，
如新建隧道岩石类型为硬岩，则爆破振动可危及既有隧道结构的稳定性，且其边
墙受到影响最大，所以应作为施工监测的重点；二是在监测过程中，由于振速指
标相对比较严格，可作为监测指标；三是如果新建隧道施工采用台阶法，且为III
类围岩，则开挖下台阶时的爆破振动，比上台阶开挖爆破振动对既有隧道衬砌结
构影响大；四是对于III 类围岩，上台阶爆破时，隧道间距＜6m，既有隧道边墙、拱肩振速超出极限值；下台阶爆破时，间距＜15m，边墙最大振速超出极限值，
所以在新建隧道施工中，如果处于该影响范围，需加强对既有隧道衬砌的保护，
确保施工的安全性；五是III类围岩既有隧道边墙部位，爆破动载产生的拉应力较大，如间距＜6m，拉应力超出极限值；拱肩间距＜6m，开挖上台阶时拉应力未
超出极限值，而开挖下台阶时未出现拉应力。
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